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1、第3章 GSM手机电源和充电电路分析与维修,教师：周文强 课程：手机检测与维修,本章要点：,3.1 手机稳压电源概述 3.2 手机电源管理IC介绍 3.3 手机电源电路工作过程和基本组成 3.4 手机典型电源电路分析 3.5 手机充电电路分析 3.6 GSM手机不开机和充电故障的维修,3.1 手机稳压电源概述,3.1.1 低压差线性稳压器LDO 3.1.2 开关型DC/DC变换器 1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 1）升压式DC/DC 变换器(VINVOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VINVOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT) 2、电容式(电荷泵式)DC
2、/DC 变换器（了解）,3.1.1 低压差线性稳压器LDO,LDO (Low Dropout Regulator)是通过输出电压反馈、经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降VDO(即压差)来达到稳压的目的。它的特点是：VIN必须大于VOUT，调整管工作在线性区。无论输入电压的变动或负载电流的变化引起输出电压变动时，通过反馈及控制电路，改变VDO的大小，使输出电压VOUT基本不变。,LDO输出电压的控制,EN(或SHDN)为LDO输出控制端，一般由微处理器加低电平(或高电平)使LDO关闭(或工作)，在关闭电源状态时，耗电约1A。有些LDO稳压器还设有电源工作状态信号输出。当电源工作正常
3、时，输出高电平；当电源有故障或输出电压低于正常电压5以上时，输出低电平。此信号可输入CPU或LED指示电路作故障或输出电压过低报警。,LDO 特点,1、LDO具有成本低、封装小、外围器件少。 2、输出电压噪声小，电磁干扰(EMI)小，信噪抑制比高，适合对噪声敏感的射频电路和音频电路的供电电路。 3、转化效率低，只能用于降压。 LDO的效率取决于输出电压与输入电压之比=Vo:Vi。在输入电压为3.6V的情况下，输出电压为3V时，效率为 90.9，而在输出电压为1.5V时，效率则下降为41.7。,3.1.2 开关型DC/DC变换器,1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 2、电容式(电荷泵式)DC
4、/DC 变换器（了解） 两者相同：都是先储存能量，再以受控的方式释放能量，从而得到所需的输出电压。 两者不同：电感式 DC/DC 变换器采用电感储存能量，而电容式 DC/DC变换器采用电容储存能量。,1电感式 DC/DC 变换器,1）升压式DC/DC 变换器(VINVOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VINVOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT),升压式 DC/DC 变换器,开关管VT在控制电路的控制下工作在开关状态，在开关管 导通期间，储能电感L上储存能量，在截止期间，储能电感L感应出左负右正的脉冲电压，与VIN电压叠加后，经整流二极管VD整流、电容C滤波，产生
5、高于输入电压VIN的输出电压VOUT，为负载供电。,降压式 DC/DC 变换器,开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时，VIN电压经开关管S/D极、储能电感L和电容C构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正右负的电动势。开关管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生左负右正的脉冲电压。于是，L右端正的电压滤波电容C续流二极管DL左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压VOUT，为负载供电。,电感式DC/DC变换器的特点,1、转换效率高，损耗小，转换率可达 8093。 2、输入、输出电压差值很大时，
6、不影响开关管的损耗。 3、电源方案中电感和电容面积大。 4、输出电压噪声大，电磁干扰(EMI)大，信噪抑制比低。 输出纹波有几十毫伏到上百毫伏；线性稳压器仅有几十到上百微伏，相差约千倍。 采用电感式DC/DC变换器电磁干扰(EMI)大，进行PCB布板时必须格外小心。,2电容式 （电荷泵式）DC/DC 变换器,电容式 DC/DC 变换器是利用电容作为储能元件，其内部的开关管阵列控制着电容的充放电。电容式DC/DC变换器同样可以完成升压(正压输出)、降压(负压输出)等功能。,手机主要电路对应供电方式,1、低压差线性稳压器 2、DC/DC 变换器,3.2 手机电源管理IC介绍,电源管理单元PMU（P
7、ower Management Unit)，主要承担供电任务和其他单元功能(如 SIM 接口、音频等)，一般包含以下电路：多个DC/DC变换器(通常是23 个)，数个LDO(通常是 614 个)，充电电路、保护电路、电量检测及其他功能单元电路。 优势：简化电源电路；降低电源电路故障率，提高手机工作的可靠性。,3.3 手机电源电路工作过程和基本组成,按下开机键后，电源IC输出供电给CPU和13MHz振荡电路，使13MHz振荡电路工作，产生系统时钟信号13MHz输入到CPU；同时，电源IC输出复位信号复位CPU，经过一定时钟周期，CPU将内部寄存器清零，当复位端电压变为高电平后，CPU开始要执行程
8、序。 CPU先通过CE端(片选端)呼叫存储器(Flash)，存储器从OE端(数据输出使能)回应CPU，CPU再通过数据总线和地址总线从存储器里取出主运行程序进行处理，将中间数据存于暂存器(SRAM)，另外从码片(E2PROM)中取出参数设置，进行处理，CPU此时输出维持电压，如果逻辑电路与软件正常，CPU将数据传给显示屏，显示开机内容；若不正常则撤除维持电压，使电源IC断电。,3.3.1 手机电源电路的基本工作过程,手机开机电路包括：开机按键、电源IC、CPU、13MHz振荡电路、存储器(Flash)、暂存器(SRAM)、码片(E2PROM),3.3.2 手机电源电路的组成,1电池供电电路 2
9、电源切换电路 3开机和开机维持电路 4LDO、开关型 DCDC变换器和电源管理IC 5电源输出电路,1、电池供电电路,手机电池通过4条线和手机相连，即电池正极(BATT 等 ) 、 电池数据或电池信息(BSI、BATID 、BATT-SER-DATA 等)、电池温度(BTEMP)、电池地(GND)。 手机电池通过3条线和手机相连，即电池正极、电池信息和电池地。 手机电池常用符号有 VBATT、VBAT、BATT、BATTP、BATT+、VB、VBB、B+、V-IN 等表示。,手机电池数据检测电路,通过封装在电池内部的下拉电阻RS来识别电池类型，当手机装上电池时，电阻RS与电阻R270组成一个分
10、压电路，不同的RS阻值会得到不同的电压，电源管理IC内的A/D转换器读取BSI信号线的直流电压，来获取电池数据信息。BSI信号线的最大电压为2.8V。手机电池信息与手机的开机也有一定的关系，若接触不良，手机可能不开机。,2、电源切换电路,电池电源BATT+，外接USB接口电源USB-PWR，二者经切换后产生公共电压B+。 当不插外部电源时，BATT+信号分两路输出：一路经过D203、R281送到Q255的G1极，于是Q255的D1、S1导通，Q255的D1极输出低电平，控制Q252的G极为低电平，于是Q252的D、S极导通，BATT+通过Q252的D、S极转换成B+电压。 当插入外部电源时，外
11、部电源检测信号CHG-DET为“H”，MIDRATE-CTRLB信号为“L”，U257-1输出“H”，加到Q256的G1极，于是Q256管的D1、S1导通，控制Q256的D1极为低电平，一方面，把Q251管的G极拉成低电平，Q251启动工作，其D、S极导通，USB-PWR转换成B+电压向手机供电；另一方面，Q256的D1低电平还加到Q255的G2极，使Q255的S2、D2极导通，Q255的D2极为高电平，加到Q252的G极，这样Q252则关闭BATT+到B+的电路，手机完成启动外部供电。,摩托罗拉E680手机电源切换电路原理图,3、开机和开机维持电路,(1)开机电路 手机开机方式： 第一种是高
12、电平开机 第二种是低电平开机 判断方法： 如果开机键的一端接地，则该手机是低电平触发开机； 如果开机键的一端接电池，则该手机是高电平触发开机。 手机开机键的符号有 ONOFF、ON KEY、 PWR ONOFF、 PWR ON、 PWRONX、 PWR SW、 POW KEY、 POWER SWITCH、 XPWRON 等表示。,(2)开机维持电路,手机开机后，开始运行开机程序，运行通过后，CPU需要输出一个维持信号来维持手机各路供电输出。 手机维持信号符号： 1、摩托罗拉手机、西门子等手机多使用 WDOG、WATCHDOG 2、三星手机多使用 PS-HOLD、BB PWR、PWR KEEP
13、3、诺基亚手机多使用 CCONTCSX 4、松下手机多使用 IGNITION 5、其他手机采用 WA_DOG、DC ON、VALON等,5、电源输出电路,(1)非受控电源输出电路 只要按下开机键就有输出，这部分电压大部分供给逻辑电路、基准时钟电路，以使逻辑电路具备工作条件(即供电、复位、时钟)，并输出开机维持信号，维持手机的开机。非受控电压一般是稳定的直流电压，可以用万用表测量，电压值就是标称值。 (2)受控电源输出电路 电源电路除输出非受控电压外，还输出受控电压，也就是说，输出的电压是受控的，这部分电压大部分供给手机射频电路中的压控振荡器、功放、发射 VCO 等电路。,手机为什么要输出受控电
14、压呢？,一是这个电压不能在不需要的时候出现，否则手机工作就紊乱了； 二是为了省电，使部分电压不需要时不输出。 受控电压一般受 CPU 输出的 RXEN(接收使能)、TXEN(发射使能)等信号控制，由于 RXEN、TXEN 信号为脉冲信号，因此，输出的电压也为脉冲电压，需用示波器测量，用万用表测量要小于标称值。,诺基亚和摩托罗拉手机输出电压符号,3.4 手机典型电源电路分析,1、过压/欠压保护电路 2、电源管理IC供电电路 3、电子开关和稳压器供电电路 4、时钟电路 5、手机开关机过程,3.4.1 三星Z500手机电源电路分析,一、过压/欠压保护电路 手机电池电压并不是直接加到手机的电源电路中，
15、而是通过过压/欠压保护电路U410(MAX4842EXT)和电子开关管 U411(SI1426DH)加到电源电路中。 好处：使手机工作在正常的电压范围之内，过压和欠压时保护手机。,过压保护集成电路 MAX4842EXT 的引脚功能,过压/欠压保护电路的工作过程,装上电池，VBATT 电池电压经电池接口CN402的脚分为两路：一路送入过压保护集成电路U410的脚；另一路送入电子开关管（N沟道场管）U411的脚(D)。因U410的脚(使能控制)接地，于是，U41O导通，从其脚送出一个高电平，送给电子开关管U411的脚(G)，控制 U411的D、S极导通，U411导通后，从U411的脚(S)送出V_
16、IN(电池转化电压)，电压为3.6V。,二、电源管理IC供电电路,三星Z500手机电源管理IC供电电路以U401(PM6650)为核心构成，电源管理IC内部集成了13个稳压器，共产生以下各路供电： 31、32脚送出VREG_MSMC_1.37V逻辑供电，电压为1.37V，主要给CPU供电。若无，则导致手机不开机。 36、37脚送出VREG_MSME_1.8V逻辑供电，电压为1.8V，主要给CPU及版本IC供电。若无，则导致手机不开机。 10脚送出VREG_USB_3.3V USB供电，电压为3.3V。若无，则USB功能失效。 39脚送出VREG_MMC_2.8V多媒体卡供电，电压为2.8V。若无，则导致手机不认多媒体卡。 42脚送出VREG_USIM_3.0V卡供电，电压为3V。若无，则导致手机不认卡。 50脚送出VREG_MSMP_2.6V逻辑供电，电压2.6V，主要给CPU及版本IC供电。若无，则导致手机不开机。,三星Z500手机电源管理IC 13个稳压器,56脚送出VREG_MSM
